顧萍 沈煒冰 樊昱昕

（上海城投污水處理有限公司曲陽(yáng)污水處理廠 上海 201203）

氮是植物和微生物的主要營(yíng)養(yǎng)性元素，當(dāng)水體中的氮含量超過(guò)一定量就會(huì)產(chǎn)生富營(yíng)養(yǎng)化。目前，大部分的污水處理廠多采用生物脫氮工藝，采用生物法脫氮能較徹底地去除廢水中的氮，且不易產(chǎn)生二次污染，能耗較物理化學(xué)法也低。但在環(huán)境溫度較低時(shí)，硝化與反硝化速率會(huì)降低，影響脫氮效果。本文以某沿海城市的污水處理廠為例，探討了在低溫環(huán)境下BIOSEMEDI生物濾池的除氮技術(shù)。

1 項(xiàng)目背景分析

某沿海城市中心城區(qū)小型污水處理廠，設(shè)計(jì)日處理量6萬(wàn)m3，采用雙污泥脫氮除磷處理工藝，工藝分為前后兩段，前段采用短泥齡的活性污泥法，后段為生物膜法。該工藝針對(duì)不同的污染因子，采用不同的處理方法，在一個(gè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)脫氮除磷的目的。

后段工藝中采用BIOSMEDI輕質(zhì)濾料濾池，處理規(guī)模3萬(wàn)m3/d，活性污泥段二沉池出水的50%進(jìn)入生物濾池處理，出水與未經(jīng)過(guò)生物濾池處理的二沉池出水混合后排放。

污水廠自投入運(yùn)行以來(lái)，氣溫較高時(shí)，尤其在夏季出水氨氮較低，生物濾池除氮效果良好，氨氮的去除負(fù)荷一般在0.5kgNH3-N(m3/d)以上。但在冬季氣溫較低時(shí)，及氣溫剛回暖時(shí)，氨氮去除效果較難控制。

2 BIOSEMEDI生物濾池工作原理簡(jiǎn)述

該濾池是一種淹沒(méi)式上向流生物濾池，正常運(yùn)行時(shí)，污水通過(guò)進(jìn)水槽進(jìn)入濾池底部，空氣通過(guò)安裝于濾層下部混凝土上的穿孔布?xì)夤苓M(jìn)行充氧，污水流經(jīng)濾層后，濾層表面吸附著大量的微生物，利用進(jìn)水中的溶解氧降解有機(jī)物及氨氮，處理后出水溢流至出水收集槽排放。濾池的反沖洗采用脈沖沖洗的方法，可以將吸附在濾料上的懸浮物資脫落，反沖洗后，打開(kāi)穿孔排泥閥，利用其它正在運(yùn)行的生物濾池出水對(duì)濾層進(jìn)行水漂洗。

濾池濾料選用EPS泡沫濾珠濾料，這是一種可發(fā)性聚苯乙烯泡沫濾珠，初期投運(yùn)時(shí)直徑3～5mm，比表面積可達(dá)1000～1500m2/m3，堆密度80～100kg/cm3,孔隙率50%左右。

3 BIOSMEDI生物濾池的調(diào)試試驗(yàn)

試驗(yàn)從2012年12月21日起開(kāi)始，此時(shí)濾池水溫逐步降低，同時(shí)4#濾池完成了濾料更換和補(bǔ)充，濾層厚度達(dá)2m。自2013年1月3日起水溫降至10℃以下，選取了濾料層厚度在2m左右的4#池，和濾料層厚度在1m左右的5#池的出水進(jìn)行了對(duì)比。自1月28日起，增加了對(duì)生物濾池的進(jìn)水水量，由原來(lái)的1224m3/h提高至1528m3/h，目的是提高了濾池的水力負(fù)荷。增加了生物濾池出水回流至曝氣池，回流比由原來(lái)的9%增加至18%。試驗(yàn)期間每2天反沖洗一次，每次反沖洗時(shí)間約30min，周期結(jié)束時(shí)濾層阻力約3.92kpa，脈沖反沖洗次數(shù)為2～3次，然后用濾池出水進(jìn)行漂洗，漂洗時(shí)間約10min。試驗(yàn)中以測(cè)定氨氮的去除效果為主，以單位填料對(duì)氨氮的去除量和氨氮去除率來(lái)表示。

3.1 掛膜法

由于二沉池出水中存在諸多菌種，這些菌種以濾料為載體，省去了接種的麻煩，得到了大量的繁殖，生存條件十分優(yōu)越。

掛膜階段必須要有十分理想的菌種生存環(huán)境，所進(jìn)的水中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素含量、水溫、酸堿值等都必須達(dá)到一定的要求，值得一提的是必須要防治有毒物質(zhì)的進(jìn)入和肆意繁殖。掛膜剛剛啟動(dòng)階段，應(yīng)當(dāng)采用低負(fù)荷進(jìn)水方式，此時(shí)的進(jìn)水量約為設(shè)計(jì)水量的40%上下，盡量避免生物膜的沖刷沖擊，為掛膜提速做好鋪墊工作。

3.2 BIOSMEDI生物濾池的反沖洗過(guò)程

BIOSMEDI生物濾池的調(diào)試過(guò)程是有PLC來(lái)進(jìn)行控制的，是由反沖洗的時(shí)間間隔、反沖洗時(shí)間長(zhǎng)短、排泥閥開(kāi)度、濾池格數(shù)等因素來(lái)進(jìn)行控制的。

3.2.1 反沖洗時(shí)間間隔的控制方法

通常濾池反沖洗時(shí)間間隔約為1～2天，冬季則適當(dāng)延長(zhǎng)，可根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整。比如，本試驗(yàn)在掛膜期間2～3天反沖洗一次，間隔時(shí)間要根據(jù)運(yùn)行水質(zhì)、水量隨時(shí)調(diào)節(jié)。

3.2.2 反沖洗時(shí)間的控制方法

每次反沖洗時(shí)間長(zhǎng)短會(huì)影響出水的SS和CODcr值。反沖洗時(shí)間不足，水力對(duì)濾料的沖刷效果差，老化的生物膜被沖刷得不徹底。反沖洗時(shí)間太長(zhǎng)則能量消耗多，不經(jīng)濟(jì)。反沖洗的強(qiáng)度即濾池表面水位下降高度，本試驗(yàn)運(yùn)行時(shí)控制不低于40cm，一般控制在50～60cm，即水位下降到濾板處為最佳狀態(tài)。進(jìn)水量過(guò)小時(shí)可適當(dāng)調(diào)大。本次試驗(yàn)中反沖洗時(shí)水量調(diào)節(jié)到12～15m3/h，單次充氣26min就可以滿(mǎn)足反沖洗。

3.2.3 反沖洗排泥的控制方法

排泥的開(kāi)度取決于池面的水位，排泥量太小，造成反沖洗水流入后續(xù)處理，影響水質(zhì)。排泥量太大，濾池沒(méi)有充足的水進(jìn)入后續(xù)處理，會(huì)造成暫時(shí)斷流的現(xiàn)象。對(duì)污水管網(wǎng)的沖擊力也會(huì)增大。運(yùn)行時(shí)要根據(jù)實(shí)際水量和水質(zhì)來(lái)確定排泥的開(kāi)度，以略低于出水槽為宜。實(shí)踐表明，在運(yùn)行中選取合適的反沖洗時(shí)間間隔和反沖洗時(shí)間，可顯著提高曝氣生物濾池的運(yùn)行效果。通過(guò)實(shí)踐調(diào)整和對(duì)出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，確定此工藝中進(jìn)水流量為1200～1500m3/h時(shí)，反沖洗充氣時(shí)間每次為26min，排泥時(shí)間為42min。第一次放氣后DN300的排泥開(kāi)度為30～50%，排12min，第二次放氣后DN300排泥閥開(kāi)度為100%開(kāi)度排30min。反沖洗后由于脫落的生物膜在水力的作用下會(huì)部分上浮，導(dǎo)致水面會(huì)出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，短時(shí)間內(nèi)除氨氮值正常外，其他如SS、CODcr、濁度值增高，屬于正?，F(xiàn)象。正常情況下2h左右會(huì)恢復(fù)澄清。

4 BIOSMEDI生物濾池的調(diào)試試驗(yàn)的結(jié)果與分析

4.1 BIOSMEDI生物濾池的新陳代謝狀況分析

在掛膜階段，利用微生物的新陳代謝能夠有效去除水中的污染物。在BIOSMEDI生物濾池的調(diào)試過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的各種各樣的細(xì)菌、真菌，同時(shí)，水中還會(huì)有各種藻類(lèi)、原生動(dòng)物和后生動(dòng)物生長(zhǎng)和繁殖，這些復(fù)雜豐富的生物自然地組成了相對(duì)完整的水中生物鏈。然而，經(jīng)過(guò)BIOSMEDI生物濾池的調(diào)試之后，混合液中仍然大量的古拙型纖毛蟲(chóng)，這一現(xiàn)象證明了BIOSMEDI生物濾池除氮處理的優(yōu)良水質(zhì)，BIOSMEDI生物濾池除氮效果十分理想。

4.2 反沖洗對(duì)生物膜的影響分析

進(jìn)水區(qū)的生物膜增長(zhǎng)速度快，反沖洗時(shí)生物膜大量脫落，但是由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和溶解氧充足，在反沖洗后能較快的恢復(fù)處理能力。同一天內(nèi)不能頻繁地進(jìn)行反沖洗，否則會(huì)影響生物膜的增殖。

污水經(jīng)過(guò)下層的碳化硝化階段，基質(zhì)和溶解氧的濃度逐漸減少，形成了一個(gè)濃度梯度，不同位置存在不同的微生物代謝優(yōu)勢(shì)區(qū)，上層主要是硝化自氧菌，其代謝優(yōu)勢(shì)區(qū)將位于生物膜內(nèi)部稍淺的區(qū)域。由于硝化菌的優(yōu)勢(shì)位置在內(nèi)部，因此反沖洗后，對(duì)氨氮的處理能力更好。

4.3 濾速對(duì)氨氮去除率的影響分析

BIOSMEDI生物濾池的調(diào)試試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 生物濾池濾速與氨氮去除率的影響

從圖1可以看出，濾速的增加有利于提高濾池的硝化速率。研究表明，在溶解氧充足、溫度適宜的情況下，濾速為20m/h時(shí)的氨氮去除負(fù)荷可達(dá)濾速為5m/h的2倍。本次試驗(yàn)期間生物濾池平均水溫8.6℃，且水溫隨氣溫呈逐步下降趨勢(shì)。1月28日提高生物濾池進(jìn)水流量后，濾速提高了25%，單位填料對(duì)氨氮的去除負(fù)荷由原來(lái)的0.16kgNH3-N/（m3·d）提高至0.33kgNH3-N/（m3·d），氨氮去除率提高近1倍。這是因?yàn)樯餅V池進(jìn)水來(lái)自于二沉池出水，有機(jī)物濃度較低，加大了濾池進(jìn)水量后使濾料不斷受到?jīng)_刷，生物膜連續(xù)脫落，不斷更新，使得硝化速率得到提高。由于試驗(yàn)構(gòu)筑物池容的限制，試驗(yàn)時(shí)無(wú)法進(jìn)一步提高濾池濾速。

4.4 回流的作用分析

生物濾池部分出水硝化液回流至活性污泥段生物池缺氧段末端，不但可增加生物池碳源，還能提高生物濾池的水力負(fù)荷，當(dāng)來(lái)水的水質(zhì)和水量出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，回流還有調(diào)節(jié)和穩(wěn)定進(jìn)水的作用。由本次試驗(yàn)可知，在水溫較低時(shí)（低于10℃），增加硝化液回流可為前端生物池提供部分堿度和能源。

4.5 濾層厚度對(duì)去除有機(jī)物速率的影響分析

濾層的上層和下層中生物膜量、微生物種類(lèi)和去除有機(jī)物的速率各不相同。當(dāng)濾層各層進(jìn)水水質(zhì)互不相同時(shí)，各層生物膜的微生物就不相同，處理污水的功能也隨之不同。隨著濾層厚度增加，微生物從低級(jí)趨向高級(jí)，種類(lèi)逐漸增多，生物膜量從多到少。由于硝化反應(yīng)速率與有機(jī)物濃度有關(guān)，而不同深度的處的有機(jī)物濃度不同，因此，各層濾層有機(jī)物去除率不同，有機(jī)物的去除率沿池深方向呈指數(shù)形式下降。由圖2可知，濾層厚度對(duì)生物濾池處理效果有明顯影響。本次試驗(yàn)的生物濾池已運(yùn)行近5年，濾珠濾料由原來(lái)的直徑3～5mm縮小至1～2mm，比表面積縮小84%～89%。這是因?yàn)樵跒V池運(yùn)行中的進(jìn)水、曝氣、反沖洗、排泥等過(guò)程中，輕質(zhì)濾料不斷的彼此碰撞、摩擦，導(dǎo)致顆粒密度緊實(shí)，直徑縮小，使得因?yàn)V料直徑縮小后通過(guò)濾板隨著出水而流失。2012年12月對(duì)4#池更換濾料，濾層厚度2m，至試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)已基本達(dá)到正常狀態(tài)，氨氮去除率50～70%，比1#池氨氮去除率高10～30%。

圖2 濾層厚度對(duì)氨氮去除率的影響

5 結(jié)語(yǔ)

本試驗(yàn)表明，掛膜階段必須要有十分理想的菌種生存環(huán)境，掛膜剛剛啟動(dòng)階段，應(yīng)當(dāng)采用低負(fù)荷進(jìn)水方式。反沖洗后，對(duì)氨氮的處理能力更好；冬季水溫較低時(shí)（低于10℃），BIOSEMEDI生物濾池濾速提高25%，單位填料對(duì)氨氮去除負(fù)荷增加1倍，氨氮去除率增加近1倍。增加生物濾池硝化液回流量對(duì)提高氨氮去除效果也有一定作用；同時(shí)本次試驗(yàn)還表明，生物濾池濾層厚度對(duì)氨氮去除效果也有顯著影響，濾層厚度增加1倍，氨氮去除率可增加10～30%。因此，及時(shí)補(bǔ)充或更換填料，對(duì)于確保生物濾池發(fā)揮正常效果尤其重要。

[1]鄒偉國(guó)，孫群，王國(guó)華，沈裘昌，戚盛豪，李正明.新型BIOSMEDI濾池的開(kāi)發(fā)研究[J].中國(guó)給水排水2001（01）.

[2]孫錦宜.含氮廢水處理技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：210-217.

[3]高治國(guó),陳文通.百樂(lè)克工藝處理城市污水工程實(shí)例[J].遼寧化工.2011(04).

[4]宋茂成,錢(qián)茜,王玉秋.微污染水脫氮除磷工藝淺析[J].環(huán)境科學(xué)與管理.2011(07).